專利名稱：片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)ZnO納米粉體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)納米材料及制備工藝領(lǐng)域，特別是指片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)SiO納米 粉體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米氧化鋅(SiO)粒徑介于I-IOOnm之間，是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精 細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力 等。利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外 線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。室 溫下，它的禁帶寬度為3. 37eV，激子結(jié)合能高達(dá)60meV，對應(yīng)紫外光的發(fā)射可以開發(fā)短波長 光電器件，廣泛應(yīng)用于短波長激光器、太陽能電池、表面聲波和壓電材料。納米ZnO與普通 ZnO相比，其獨(dú)特的顏色效應(yīng)、光催化作用及散射和吸收紫外線的能力，使其一經(jīng)面世即倍 受青睞，在汽車工業(yè)、防曬化妝品、廢水處理、殺菌、環(huán)保、精細(xì)陶瓷、生物工程、圖象記錄材 料等方面有著十分廣泛的應(yīng)用前景，被譽(yù)為面向21世紀(jì)的現(xiàn)代功能材料。當(dāng)前，尋求氧化鋅的新結(jié)構(gòu)、新性質(zhì)和新的應(yīng)用領(lǐng)域已成為材料研究重點(diǎn)之一。由 于納米ZnO這些獨(dú)特的性質(zhì)強(qiáng)烈地依賴于他們的形貌和尺寸，因此不同形貌結(jié)構(gòu)的納米 ZnO的合成引起了廣大研究工作者的極大興趣。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，已通過水熱法、溶膠一凝膠法、 模板法、化學(xué)沉淀法、熱分解法、微波法分別制備出納米顆粒、納米棒、納米線、納米管、納米 帶和其他形貌的&ι0。目前，盡管S1O納米粉體的合成已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，但片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)ZnO納 米粉體的合成仍是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。多孔材料由于具有均勻分布的微孔或孔洞，孔隙率高、體 積密度小，還具有高的比表面積及其獨(dú)特的物理表面特性，并且不同的多孔性能夠改變材 料的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此多孔結(jié)構(gòu)材料成為生物工程、環(huán)境工程、催化劑和傳感器領(lǐng)域中 一種具有發(fā)展前景的功能材料。專利CNlOl 177^6A公布了一種片狀多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的制備方法，該方 法將醋酸鋅溶液與尿素溶液的混合液置于微波爐內(nèi)，于500 900W的功率下反應(yīng)30 60min,反應(yīng)溫度為60 95°C，所得混濁溶液進(jìn)行分離、洗滌、干燥，得到堿式碳酸鋅前驅(qū) 物。將堿式碳酸鋅前驅(qū)物在400 600°C焙燒1. 5 池，得到多孔ZnO納米粉體。專利CN1444^2A公布了一種新型納米多孔薄膜及其制備方法，包括以下步驟 1.制備半導(dǎo)體材料的納米膠體溶液；2.加熱，使膠體溶液變成有團(tuán)聚顆粒沉淀的乳濁液; 3.濃縮乳濁液；4.加入高分子表面活性劑并拌均成漿料；5.將漿料涂膜一次或多次；6.燒 結(jié)。專利CN1192991A公開了一種制備納米氧化鋅的新方法，其技術(shù)關(guān)鍵是以 &ι(Ν03)2為原料，尿素為均勻沉淀劑，尿素的水解溫度在122 之間，反應(yīng)時(shí)間為 2 4h，反應(yīng)物配比(尿素物質(zhì)的量/硝酸鋅物質(zhì)的量)在2 1 4 1之間，并將合成 的中間沉淀Zn (OH) 2在450 500°C下煅燒2. 5 3. 5h。
盡管這些方法都合成了具有孔結(jié)構(gòu)的納米ZnO粉體，但是它們或存在能耗大、生 產(chǎn)周期長、或存在設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)，使其推廣受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供工藝簡單、成本低的片 狀均勻多孔結(jié)構(gòu)ZnO納米粉體制備方法，制備出高純度的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉 體。本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的制備方 法，如下步驟 (1)、將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. IM 0. 6M的碳酸鈉溶液，將碳酸鈉溶液置于 反應(yīng)容器中，在80 90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加5 50KV 外電場，向反應(yīng)容器中以5mL/min的速度滴加0. IM 0. 5M硝酸鋅溶液，其中硝酸鋅溶液與 碳酸鈉溶液的體積比為1 1 1.5，反應(yīng)1. 池后，得到乳白色懸濁液；(2)、將步驟⑴得到的乳白色懸濁液洗滌、離心分離、干燥、得到堿式碳酸鋅前驅(qū) 物；(3)、將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300 400°C焙燒2 池，得到片狀 均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體。為了進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟(1)硝酸鋅溶液與碳酸鈉溶液的體積比為1 1 1. 5，反應(yīng)2h后，得到乳白色懸濁液。為了具有更好的效果，步驟(1)硝酸鋅溶液以5mL/min的速度加入到碳酸鈉溶液中。上述步驟O)中乳白色懸濁液采用去離子水或者乙醇洗滌，洗滌3次 5次。上述制備方法，整個(gè)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)式可表示如下Na2C03+Zn (NO3) 2 — ZnC03+NaN03ZnCO3 — Zn0+C02上述制備方法，所得到的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體，所得到的片狀均勻 多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體，可應(yīng)用于氣敏傳感器和太陽能電池電極材料中。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)及效果在于本發(fā)明采用不同的濃度和反應(yīng)溫度及 功率條件下，制備的納米ZnO產(chǎn)品為白色粉體，屬于六方晶系，比表面積大，純度高，產(chǎn)品質(zhì)量好。本發(fā)明所制得的ZnO納米粉體具有全新的片狀多孔結(jié)構(gòu)，孔洞分布均勻，純度高， 不含有其他形貌的aio。本發(fā)明所制得的片狀結(jié)構(gòu)的多孔ZnO納米粉體性能穩(wěn)定，長期置放在空氣中并不 改變性能。本發(fā)明工藝流程簡單，造價(jià)小，對設(shè)備要求低，操作簡便，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。


圖1為采用本方法制備的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的X —射線衍射譜 圖。
圖2為采用本方法制備的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體的掃描電鏡照片。圖3為采用本方法制備的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體的掃描電鏡照片。圖4為采用本方法制備的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。實(shí)施例1 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 2M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. IM六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟⑴得到的乳白色懸濁液用去離子水洗滌5次，離心分離，干燥，得到堿 式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在400°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例2 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 4M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加IOKV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0.3M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟⑴得到的乳白色懸濁液用乙醇洗滌5次，離心分離，干燥，得到堿式碳 酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在350°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例3 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 6M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在80°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. 5M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水和乙醇洗滌5次，離心分離，干燥， 得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例4 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 6M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在80°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. 5M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)1.證后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水和乙醇洗滌5次，離心分離，干燥， 得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。
實(shí)施例5 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 6M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在80°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. 5M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)2.證后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水和乙醇洗滌5次，離心分離，干燥， 得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例6 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 6M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在80°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. 5M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水和乙醇洗滌5次，離心分離，干燥， 得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例7 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 2M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. IM六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟⑴得到的乳白色懸濁液用乙醇洗滌5次，離心分離，干燥，得到堿式碳 酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在400°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例8 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 4M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加IOKV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0.3M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟⑴得到的乳白色懸濁液用去離子水洗滌5次，離心分離，干燥，得到堿 式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在350°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。實(shí)施例9 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 4M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加IOKV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0.3M六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水洗滌5次后，再用乙醇5次，離心 分離，干燥，得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在350°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體。實(shí)施例10 (1)將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. 2M的碳酸鈉溶液，取該碳酸鈉溶液25mL于燒 瓶中，在90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，向反應(yīng) 容器中滴加0. IM六水合硝酸鋅溶液，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液；(2)將步驟(1)得到的乳白色懸濁液用去離子水洗滌5次后，再用乙醇5次，離心 分離，干燥，得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)將步驟(2)得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在400°C焙燒池，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu) 的ZnO納米粉體。本發(fā)明制備方法的，整個(gè)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)式可表示如下Na2C03+Zn (NO3) 2 — ZnC03+NaN03ZnCO3 — Zn0+C02上述實(shí)施例所得到的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體，不但有利于開拓ZnO本 身獨(dú)特的性能和應(yīng)用，而且有助于其他新的納米結(jié)構(gòu)器件的開發(fā)和應(yīng)用。例如，利用ZnO納 米粉體穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)，作為氣敏傳感器和太陽能電池電極材料等。如上所述便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例 的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的制備方法，其特征在于如下步驟(1)、將碳酸鈉原料溶于水中，配制0. IM 0. 6M的碳酸鈉溶液，將碳酸鈉溶液置于反應(yīng) 容器中，在80 90°C的恒溫水浴條件下磁力攪拌，同時(shí)對反應(yīng)容器持續(xù)施加5 50KV外電 場，向反應(yīng)容器中滴加0. IM 0. 5M硝酸鋅溶液，其中硝酸鋅溶液與碳酸鈉溶液的體積比為 1 1 1.5，反應(yīng)1.5h 3h后，得到乳白色懸濁液；O)、將步驟(1)得到的乳白色懸濁液洗滌、離心分離、干燥、得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物；(3)、將步驟( 得到的堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300 400°C焙燒2 池，得到片狀均勻 多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體的制備方法，其特征在于， 硝酸鋅溶液與碳酸鈉溶液的體積比為1 1 1.5，反應(yīng)池后，得到乳白色懸濁液。
3.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的aio納米粉體的制備方法，其特征在于， 步驟(1)硝酸鋅溶液以5mL/min的速度加入到碳酸鈉溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的SiO納米粉體的制備方法，其特征在于， 所述硝酸鋅溶液為六水合硝酸鋅溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的aio納米粉體的制備方法，其特征在于， 步驟O)中乳白色懸濁液采用去離子水或者乙醇洗滌，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的制備方法，其特征在于， 所述洗滌的次數(shù)為3次 5次。
7.權(quán)利要求1所述制備方法，所得到的片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體。
8.權(quán)利要求7片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用于氣敏傳感 器和太陽能電池電極材料中。
全文摘要
本發(fā)明公開了片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體及制備方法和應(yīng)用，在恒溫水浴下將碳酸鈉溶液加入到反應(yīng)容器中，再將硝酸鋅溶液滴入到碳酸鈉溶液中，并對反應(yīng)容器持續(xù)施加50KV外電場，進(jìn)行攪拌，反應(yīng)溫度為80～90℃，滴加完成后將該溶液水浴保溫2h，結(jié)束后將所得混濁溶液進(jìn)行分離、洗滌、干燥，得到堿式碳酸鋅前驅(qū)物在300～400℃焙燒2～3h，得到片狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的ZnO納米粉體；本發(fā)明屬于六方晶系，比表面積大，純度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，不含有其他形貌的ZnO；性能穩(wěn)定，長期置放在空氣中并不改變性能，工藝簡單，造價(jià)小，設(shè)備要求低，操作便捷，適應(yīng)大批量生產(chǎn)。
文檔編號C01G9/02GK102079539SQ20101052999
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者嵇海旭, 梁秀娟, 翁星星, 胡大為, 胡小芳 申請人:華南理工大學(xué)